光電信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、華中科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)生實(shí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)課程名稱 光電信息技技術(shù)實(shí)驗(yàn) 專業(yè)班級(jí) 光電11107班 學(xué)生姓名 李悌澤澤 學(xué) 號(hào) uu2011115116 課程負(fù)責(zé)人 陳晶田、黃黃鷹 目錄TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc402879495 實(shí)驗(yàn)一 阿貝貝原理實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc402879495 h 3 HYPERLINK l _Toc402879496 實(shí)驗(yàn)二 激光光平面干涉儀儀實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc402879496 h 7 HYPERLINK l _Toc402879497 實(shí)驗(yàn)三 用原原子力顯微鏡鏡（AFM）進(jìn)行行納米表面形形貌分析 PAGE

2、REF _Toc402879497 h 10 HYPERLINK l _Toc402879498 實(shí)驗(yàn)四 光電電直讀光譜儀儀實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc402879498 h 14 HYPERLINK l _Toc402879499 實(shí)驗(yàn)五 光譜譜法物質(zhì)成分分分析實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc402879499 h 20 HYPERLINK l _Toc402879500 實(shí)驗(yàn)六 光電電透過(guò)率實(shí)驗(yàn)驗(yàn) PAGEREF _Toc402879500 h 24 HYPERLINK l _Toc402879501 實(shí)驗(yàn)七 攝像像機(jī)原理與視視頻圖像疊加加實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc402879501

3、h 29 HYPERLINK l _Toc402879502 實(shí)驗(yàn)八、光譜透透過(guò)率實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc402879502 h 33 HYPERLINK l _Toc402879503 實(shí)驗(yàn)九 紅外報(bào)報(bào)警器的設(shè)計(jì)計(jì)與調(diào)試 PAGEREF _Toc402879503 h 42實(shí)驗(yàn)一 阿貝貝原理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜ぐ⒇愒碓谠诠鈱W(xué)測(cè)長(zhǎng)儀儀器中的應(yīng)用用。實(shí)驗(yàn)原理阿貝比較原則：此為萬(wàn)能工具顯顯微鏡的結(jié)構(gòu)構(gòu)圖，其特點(diǎn)點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)件與與被測(cè)件軸線線不在一條線線上，而處于于平行狀況。產(chǎn)產(chǎn)生的阿貝誤誤差如下：只有當(dāng)導(dǎo)軌存在在不直度誤差差，且標(biāo)準(zhǔn)件件與被測(cè)件軸軸線不重合才才產(chǎn)生阿貝誤誤差。阿貝誤差按垂直直面、水

4、平面面分別計(jì)算。在違反阿貝原則則時(shí)，測(cè)量長(zhǎng)長(zhǎng)度為l的工工件引起的阿阿貝誤差是總總阿貝誤差的的l/L。為避免產(chǎn)生阿貝貝誤差，在測(cè)測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)，標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)件軸線應(yīng)應(yīng)安置在被測(cè)測(cè)件軸線的延延長(zhǎng)線上。阿貝測(cè)長(zhǎng)儀阿貝測(cè)長(zhǎng)儀中，標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)件軸線與與被測(cè)件軸線線為串聯(lián)型式式，無(wú)阿貝誤誤差，為二階階誤差。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用萬(wàn)能工具顯微微鏡進(jìn)行測(cè)長(zhǎng)長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量1角，5角角硬幣及圓形形薄片的直徑徑，用數(shù)字式式計(jì)量光柵讀讀數(shù)，每個(gè)對(duì)對(duì)象測(cè)量100次，求算術(shù)平平均值和均方方根值。實(shí)驗(yàn)步驟： 瞄準(zhǔn)被測(cè)物物體一端，在在讀數(shù)裝置上上讀數(shù)，再瞄瞄準(zhǔn)物體另一一端，在讀書(shū)書(shū)裝置上再讀讀一個(gè)數(shù)據(jù)，兩兩次讀數(shù)之差差即為物體長(zhǎng)長(zhǎng)度。阿貝測(cè)長(zhǎng)儀進(jìn)行行長(zhǎng)度測(cè)

5、量實(shí)實(shí)驗(yàn)采用傳統(tǒng)目視法法讀數(shù)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)步驟同上。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析析萬(wàn)能工具顯微鏡鏡數(shù)據(jù)結(jié)果2.阿貝測(cè)長(zhǎng)儀儀數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)比采用兩種儀儀器測(cè)定的結(jié)結(jié)果。得出以以下結(jié)論：對(duì)于同一測(cè)量對(duì)對(duì)象，萬(wàn)能工工具顯微鏡和和阿貝測(cè)長(zhǎng)儀儀對(duì)物體尺寸寸測(cè)量的結(jié)果果較為接近。因因而可以初步步判定1角硬硬幣的直徑為為（18.99500+118.8944）/2=118.9222mm。5角角硬幣的直徑徑為（20.259+220.41110）/2=20.3335mm。圓圓形薄片的直直徑為（377.402+37.36678）/22=37.3385mm。比較兩種儀器對(duì)對(duì)同一測(cè)量對(duì)對(duì)象的測(cè)量結(jié)結(jié)果的數(shù)據(jù)方方差，對(duì)于11角硬幣和圓圓形薄片阿

6、貝貝測(cè)長(zhǎng)儀的數(shù)數(shù)據(jù)方差較小小，對(duì)于5角角硬幣，兩者者測(cè)量結(jié)果的的方差值差別別不大，阿貝貝測(cè)長(zhǎng)儀對(duì)物物體尺寸的測(cè)測(cè)量相對(duì)較精精確。實(shí)驗(yàn)二 激光光平面干涉儀儀實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆占す馄矫娓筛缮鎯x的使用用方法。理解雙光束等厚厚干涉的基本本原理。觀察干涉條紋，并并掌握材料平平面度的測(cè)量量方法。實(shí)驗(yàn)原理平面干涉儀的基基本原理： 平面干涉儀基于于雙光束等厚厚干涉原理進(jìn)進(jìn)行精密觀測(cè)測(cè)。如上圖所所示，S為擴(kuò)擴(kuò)展光源，位位于準(zhǔn)直透鏡鏡L1的前焦焦面上，發(fā)出出的光束經(jīng)透透鏡L1準(zhǔn)直直后射向玻璃璃片M,再?gòu)膹牟Ａ瓷渖浯怪蓖渡涞降叫ㄐ纹桨錑G上。入射光光束在楔形平平板上表面的的反射光由原原路返回，透透過(guò)玻璃片MM后射

7、向觀察察顯微鏡L22；在楔形平平板下表面反反射的光透過(guò)過(guò)平板上表面面和玻璃片反反射向L2。按按照確定定域域面的作圖法法，可知定域域面在楔形平平板內(nèi)部的BBB位置。若平平板不是太厚厚，且平板兩兩表面的楔角角不是太大時(shí)時(shí)，定域面非非常接近于平平板下表面，這這樣如調(diào)節(jié)顯顯微鏡L2對(duì)對(duì)準(zhǔn)平板下表表面，就可以以在顯微鏡像像平面上觀察察到楔形平板板的等厚條紋紋。平面干涉儀結(jié)構(gòu)構(gòu)如上圖所示示。由組合星星點(diǎn)G1發(fā)出出的單色光經(jīng)經(jīng)棱鏡G2后后，投向主鏡鏡表面折射為為平行光后，射射向主鏡下表表面及被測(cè)光光學(xué)平面，主主鏡下表面和和被測(cè)光學(xué)平平面發(fā)射回來(lái)來(lái)的光疊加相相干，鏡棱鏡鏡G2的反射射，進(jìn)入接收收件。星點(diǎn)可可由

8、激光管GG5、棱鏡GG6、光源強(qiáng)強(qiáng)度調(diào)節(jié)發(fā)散散鏡G7組成成。接收件可可以由人眼GG10，成像像物鏡G155和測(cè)微目鏡鏡G11成像像。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容玻璃材料的平面面度測(cè)量：測(cè)量局部誤差 1=N*/2=H/2e測(cè)量整個(gè)面形誤誤差2=N*/2實(shí)驗(yàn)步驟移開(kāi)成像物鏡GG15和測(cè)微微目鏡G111，旋轉(zhuǎn)調(diào)整整左、右螺旋旋8，使平板板繞水平面的的橫軸或縱軸軸微小擺動(dòng)，出出瞳S2繞SS1轉(zhuǎn)動(dòng)直到到S2和S11接近重合。裝上成像物鏡和和測(cè)微目鏡，繼繼續(xù)旋轉(zhuǎn)調(diào)整整左、右螺旋旋8，直到測(cè)測(cè)微目鏡視場(chǎng)場(chǎng)中干涉條紋紋清晰。測(cè)量e和H，并并計(jì)算1和2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析析取四組不同位置置記錄測(cè)微目目鏡位置讀數(shù)數(shù)，獲得三組組彎曲程度H

9、和條條紋間隔e的的測(cè)量結(jié)果：組別H（mm）e（mm）10.4850.75520.4940.72830.4830.719平均0.4870.734則，1=N*/2=H/2e=0.487mmm*632.8nm/(2*0.7734mm)=209.9nm實(shí)驗(yàn)三 用原原子力顯微鏡鏡（AFM）進(jìn)進(jìn)行納米表面面形貌分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦斫釧FM的基基本原理，掌掌握AFM的的操作流程。掌握使用AFMM進(jìn)行微小尺尺寸的表面分分析的基本實(shí)實(shí)驗(yàn)方法。實(shí)驗(yàn)原理AFM背景簡(jiǎn)介介：1986年，GG.Binnning與CC.F.Quuate等人人在STM的的基礎(chǔ)上發(fā)明明了原子力顯顯微鏡AFMM，AFM克克服了掃描隧隧道顯微鏡SSTM

10、對(duì)樣品品導(dǎo)電性的要要求，亦達(dá)到到原子級(jí)分辨辨率。AFM工作原理理：如下圖所示，對(duì)對(duì)微弱力敏感感的懸臂梁一一端固定，另另一端有探針針，針尖表面面與樣品輕輕輕接觸。由于于探針尖端原原子與樣品表表面原子間存存在極其微弱弱的排斥力（110e-8NN10e-6N），使使懸臂梁產(chǎn)生生形變，利用用光學(xué)檢測(cè)法法或隧道電流流檢測(cè)法可以以測(cè)出形變大大小，從而得得到排斥力大大小。通過(guò)反反饋控制懸臂臂梁或者樣品品上下運(yùn)動(dòng)使使得掃描時(shí)針針尖與樣品表表面排斥力恒恒定，則掃描描運(yùn)動(dòng)軌跡反反映了樣品表表面形貌和特特性。與STM相比，AAFM有兩個(gè)個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：一是AFMM力傳感器的的制備，二是是力傳感器懸懸臂梁形變的的檢測(cè)。下

11、圖是利用光學(xué)學(xué)檢測(cè)法進(jìn)行行形變檢測(cè)的的方案：三、AFM操作作流程樣品清洗開(kāi)機(jī)機(jī)水平調(diào)節(jié)和和偏差調(diào)節(jié)手動(dòng)下針自動(dòng)下針關(guān)機(jī)樣品清洗：一般情況下，根根據(jù)材料的不不同進(jìn)行不同同的處理方式式。目的都是是為了去除表表面的污染物物，使表面潔潔凈。對(duì)于半半導(dǎo)體材料，根根據(jù)材料的不不同采取以不不同的腐蝕液液進(jìn)行洗片。一般步驟為： a用去離子子水做初步清清洗； b放入腐蝕蝕液中浸泡并并用超聲波清清洗一段時(shí)間間（時(shí)間視材料不不同自定）； c用去離子子水洗掉材料料表面殘留腐腐蝕液； d用氮?dú)膺M(jìn)行吹干干； e吹干后放放入干凈樣片片袋中暫時(shí)保保存并準(zhǔn)備測(cè)測(cè)試；開(kāi)機(jī) a開(kāi)啟設(shè)備備電腦開(kāi)關(guān)及及雙屏顯示器器；b開(kāi)啟顯微鏡光光源

12、；c開(kāi)啟光學(xué)顯微微鏡 CRTT 顯示器電電源；d將設(shè)備主部隔隔塵罩小心地地取下，將顯顯微鏡調(diào)整至至設(shè)備主機(jī)方方向，光斑打到載物臺(tái)臺(tái)中心處；e打開(kāi)設(shè)備主機(jī)機(jī)電源，在主主機(jī)conttrolleer 的控制制板上，確認(rèn)認(rèn)AFM 模模式；f打開(kāi)pc中的的 軟件，激激活軟件與設(shè)設(shè)備主機(jī)連接接圖標(biāo)；水平調(diào)節(jié)和偏差差調(diào)節(jié)： 水平調(diào)節(jié)： aa水平調(diào)節(jié)完完后擰松探針針固定旋鈕，傾傾斜著取下 AFM 針針夾具， 倒倒置輕放在濾濾紙上，放于于衣袖碰觸不不到的地方，以以免碰傷懸臂臂； bb放樣品，樣樣片粘于專用用樣品臺(tái)片上上，用鑷子夾夾好樣片輕推推到樣 品品臺(tái)上（注意意：樣品臺(tái)片片與底座是磁磁鐵，有一定定吸引力，要要

13、小心 放放置）； cc放好樣片后后，調(diào)節(jié)顯微微鏡，觀察CCRT使顯微微鏡聚焦到樣樣片表面。 d用用鑷子直接調(diào)調(diào)整樣品位置置，在CRTT上觀察確定定樣品測(cè)試點(diǎn)點(diǎn)位于下 針位位置附近；偏差設(shè)定a 放置 AFFM 測(cè)試夾夾具，一定要要小心，注意意觀察懸臂與與樣品表面的的距離，若相相距太近，則則將測(cè)試夾具具小心取出，放放置妥當(dāng)后， 使用手動(dòng)抬抬針?lè)椒▽⑷齻€(gè)支柱抬高高，同時(shí)保證證三支柱設(shè)備備光路臺(tái)面水水平；b高度調(diào)節(jié)到安安全距離以后后，小心地放放入AFM 針測(cè)試夾具具，用肉眼結(jié)結(jié)合CRT 上觀察確定定樣品與針的的保持一段距距離，調(diào)節(jié)顯顯微鏡使其聚聚焦到探針；c 擰緊夾具固固定旋鈕來(lái)固固定夾具，此此時(shí)主

14、機(jī)顯示示屏上，標(biāo)定定激光器電壓壓的SUM 值為（6.77.33)左右則正正常。先調(diào)節(jié)節(jié)垂直偏差旋旋鈕使垂直偏偏差（Verrt）讀數(shù)接接近0.0VV，再調(diào)節(jié)水水平偏差旋鈕鈕使探測(cè)器的的水平偏差值值（Horiiz）接近00.0V。若若第一次不能能保證同時(shí)為為0，則重復(fù)復(fù)調(diào)節(jié)保證兩兩個(gè)值在0.0V附近。 （44）手動(dòng)下針針 aa開(kāi)始手動(dòng)下下針，先輕扒扒微調(diào)鈕進(jìn)行行DOWN操操作，同時(shí)順順時(shí)針（由下下往上看）旋旋轉(zhuǎn)如上圖標(biāo)標(biāo)注的兩旋鈕鈕，并且調(diào)節(jié)節(jié)顯微鏡聚焦焦到探針，如如此反復(fù)多次次調(diào)節(jié)。注意意每操作一次次后觀察光學(xué)學(xué)顯微鏡CRRT保證探針針沒(méi)有接觸樣樣片（觀察方方法：使顯微微鏡聚焦到探探針，若調(diào)節(jié)節(jié)

15、顯微鏡可迅迅速得到清晰晰樣片的像，表表明探針和樣樣片距離很近近）；b當(dāng)樣品表面與與懸臂焦距接接近時(shí)，調(diào)節(jié)節(jié)使此時(shí)的水水平偏差值（HHORZ）和和垂直偏差值值(VERTT)分別至00V 和（-0.6-0.8）。c放好樣品后，利利用底座旋鈕鈕對(duì)底座進(jìn)行行調(diào)節(jié)是探針針處于顯示器器的一個(gè)可標(biāo)標(biāo)定的位置，而而后每次下針針使探針保持持此位置不變變，則三軸基基本保持同時(shí)時(shí)移動(dòng)。d當(dāng)觀察到顯示示器上探針和和樣品表面快快接近時(shí)，先先聚焦到樣品品表面。然后后DOWN操操作微調(diào)，調(diào)調(diào)節(jié)另外兩軸軸的旋鈕，觀觀察顯示器上上水平偏差和和垂直偏差示示數(shù)，當(dāng)示數(shù)數(shù)突然出現(xiàn)較較大變化時(shí)停停止下針并回回調(diào)一點(diǎn)。（一一般垂直偏差差

16、會(huì)先開(kāi)始變變化，慢慢升升至2.4左左右再突增到到9，因此垂垂直偏差變化化到2.0左左右可停止下下針，一般針針與表面距離離會(huì)在0.55um以內(nèi)）。 （55）自動(dòng)下針針 a在軟軟件中設(shè)置當(dāng)當(dāng)前樣品需要要的掃描范圍圍（scann sizee)，臺(tái)階高高度(datte scaale)，掃掃描速度(sscan rrate)等等參數(shù)；b臺(tái)階高度不可可超多1m，掃描速速度設(shè)置在55m/s 以以內(nèi)為宜；（即即scan sizescan rate 5）c單擊啟動(dòng)軟件件中自動(dòng)下針針控件，下針針過(guò)程中注意意觀察主機(jī)中中的水平偏差差值（Horriz）和垂垂直偏差（VVert），示示值趨勢(shì)是減減小的為正常常；d若要移動(dòng)

17、掃描描區(qū)域，下針針完成后，將將掃描頻率調(diào)調(diào)低（即降低低掃描速度），設(shè)設(shè)置X 軸與與Y軸的offfset 值（offfset 范范圍不得超過(guò)過(guò)70m），確定定掃描位置和和范圍后，重重新開(kāi)始從上上往下或從下下往上掃描，并并拍取圖象。 （66）關(guān)機(jī) 關(guān)閉激激光器； 關(guān)閉設(shè)設(shè)備主控電源源； 關(guān)閉光光學(xué)顯微鏡 CRT 電源源、光源； 將光學(xué)學(xué)顯微鏡置于于原本所在方方向，蓋上物物鏡蓋； 將主機(jī)機(jī)隔塵罩小心心的罩于主機(jī)機(jī)上；關(guān)閉計(jì)算機(jī)電源源及雙屏顯示示器電源。實(shí)驗(yàn)四 光電電直讀光譜儀儀實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆展鈻攀焦庾V譜儀分光原理理。熟悉光電直讀光光譜儀光電系系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)結(jié)構(gòu)。掌握光電直讀光光譜儀的基本本光譜實(shí)驗(yàn)。

18、實(shí)驗(yàn)原理平面衍射光柵的的分光原理如上圖所示，當(dāng)當(dāng)一束平行的的復(fù)合光入射射到光柵上，光光柵能夠?qū)⑺床ㄩL(zhǎng)在空空間分解為光光譜，這是由由于多縫衍射射和干涉的結(jié)結(jié)果。光柵產(chǎn)產(chǎn)生的光譜，其其譜線的位置置是由多縫衍衍射圖樣中的的主極大條件件決定的。相鄰兩刻線對(duì)應(yīng)應(yīng)的光線222和11的光程差為為： =d（siin i+（-）sin）入射光與衍射光光在光柵法線線同側(cè)取+，異異測(cè)取-。相干光束干涉極極大條件：=m即，光柵方程：d（sinn i+（-）sin）= m其中，d為刻線線間距，也就就是光柵常數(shù)數(shù)；i為入射射角；為衍射角；m為光譜級(jí)級(jí)次。光柵式單色儀光光學(xué)系統(tǒng)切爾尼-特納系系統(tǒng)光柵中心位于入入射光線與

19、出出射光線的對(duì)對(duì)稱軸上，兩兩個(gè)球面反射射鏡的焦距均均為300mmm，入射與與出射狹縫位位于球面鏡的的焦面。平面面反光鏡作為為折射光鏡將將出射光線折折轉(zhuǎn)90度，以以使出縫與入入縫垂直分布布，可以避免免因?yàn)楣庠磁c與光電接收器器距離過(guò)近而而相互干擾。復(fù)復(fù)色光源經(jīng)入入射狹縫照明明在球面鏡上上，此鏡將平平行光投射到到光柵上，光光柵將復(fù)色光光衍射分光，分分成不同波長(zhǎng)長(zhǎng)的平行光束束以不同的衍衍射角投向球球面鏡上，此此鏡將接收的的平行光束聚聚焦在出縫處處，從而得到到一系列按波波長(zhǎng)排列的光光譜。透過(guò)出出縫射出的光光束只是光譜譜寬度很窄的的一束單色光光。掃描機(jī)構(gòu)構(gòu)運(yùn)行時(shí)，光光柵隨之旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，這樣就可可以得到所選選擇

20、的單色光光。光路中的的光闌和擋光光板起到限制制視場(chǎng)外多余余光束的作用用，以利于減減小儀器的雜雜散光。 3.CCD作探探測(cè)器的光電電直讀光譜儀儀結(jié)構(gòu)圖如上圖所所示1.入射狹縫及及調(diào)焦筒 2.平面面反射鏡 3.光光柵旋轉(zhuǎn)手輪輪4.波長(zhǎng)計(jì)數(shù)器器 55.球面反射射鏡 6.球面反反射鏡7.CCD探測(cè)測(cè)器 8.調(diào)焦焦螺母 9.調(diào)焦筒緊固固螺釘線10.濾光片 主主要參數(shù)及指指標(biāo)： 波波段范圍：3330-11100nm 焦焦距：1800nm 平平面光柵：3300線/mmm；閃耀波波長(zhǎng)：5000nm 相相對(duì)孔徑：DD/f=1/3.8實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分析光柵式光電電直讀光譜儀儀的基本光學(xué)學(xué)系統(tǒng)，繪制制光路圖和機(jī)機(jī)構(gòu)圖，記

21、錄錄基本參數(shù)。了解VC+采采集軟件，及及計(jì)算機(jī)界面面設(shè)計(jì)，包括括：對(duì)話框、光光譜曲線顯示示。用CCD探測(cè)器器的光電直讀讀光譜儀進(jìn)行行光源光譜采采集。用光電池作探測(cè)測(cè)器的光電直直讀光譜儀進(jìn)進(jìn)行光源光譜譜采集。實(shí)驗(yàn)步驟鈉光燈光譜實(shí)驗(yàn)驗(yàn)開(kāi)啟鈉光燈高壓壓電源；調(diào)整整光譜儀輸入入狹縫大小（大大約1mm）使使輸出電壓在在合適范圍內(nèi)內(nèi)；用VC+采集軟件件采集鈉光燈燈光譜曲線。用用數(shù)據(jù)文件記記錄光譜曲線線，根據(jù)光譜譜曲線記錄鈉鈉光燈峰值波波長(zhǎng)。汞燈光譜實(shí)驗(yàn)開(kāi)啟汞燈高壓電電源，調(diào)整聚聚焦透鏡使光光源像聚焦到到調(diào)整光譜儀儀輸入狹縫，調(diào)調(diào)整狹縫大小?。s0.55mm）使輸輸出電壓在合合適范圍內(nèi)；用VC+采集軟件采采

22、集汞燈光譜譜曲線。根據(jù)據(jù)光譜曲線確確定汞燈峰值值波長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析析 采用光電電池作為探測(cè)測(cè)器的光電直直讀光譜儀對(duì)對(duì)鈉光燈和汞汞燈進(jìn)行光譜譜測(cè)量。VCC+采集軟軟件采集的光光譜曲線如下下：鈉光燈：結(jié)論：觀察光譜譜曲線，我們們可以明顯地地發(fā)現(xiàn)在5990nm左右右處有一個(gè)特特征峰值，與與鈉燈發(fā)光的的理論特征譜譜線589.0、5899.6nm相相符合。可能能由于光譜儀儀分辨率有限限，無(wú)法分辨辨0.6nmm的波長(zhǎng)間隔隔，因此軟件件采集繪制的的光譜曲線僅僅觀察到一個(gè)個(gè)特征譜線。汞燈：汞燈有六條特征征譜線分別位位于404.7nm，4407.8nnm，4355.8nm，5546.1nnm，5777nm，5

23、779.1nmm處。觀察實(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的光光譜曲線，在在接近4100nm處有一一個(gè)特征峰，對(duì)對(duì)應(yīng)404.7nm以及及407.88nm的譜線線，此時(shí)若將將顯示窗口放放大，理應(yīng)看看到兩條譜線線分開(kāi)。在440nm左左側(cè)有一個(gè)峰峰值對(duì)應(yīng)4335.8nmm特征譜線。在在550nmm左右有一個(gè)個(gè)峰值，對(duì)應(yīng)應(yīng)546.11nm的特征征譜線。在5590nm左左側(cè)，可觀察察到兩個(gè)小的的峰值，對(duì)應(yīng)應(yīng)577nmm和579.1nm特征征譜線。綜上上所述，對(duì)比比理論規(guī)律，實(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果果較為準(zhǔn)確。采用光電池作為為探測(cè)器的光光電直讀光譜譜儀對(duì)鈉光燈燈和汞燈進(jìn)行行光譜測(cè)量。VVC+采集集軟件采集的的光譜曲線如如下：汞燈的光譜曲線

24、線：實(shí)驗(yàn)五 光譜譜法物質(zhì)成分分分析實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜び霉怆姳对鲈龉茏鳛閭鞲懈衅鞯墓怆娭敝弊x光譜儀的的基本結(jié)構(gòu)和和光學(xué)系統(tǒng)。掌握光電直讀光光譜儀的基本本光譜實(shí)驗(yàn)。了解光電倍增管管傳感器的前前置放大電路路，單片機(jī)AA/D轉(zhuǎn)換程程序，以及串串行通訊電路路。熟悉分光光度計(jì)計(jì)基本原理。掌握吸收光譜法法檢測(cè)物質(zhì)濃濃度。實(shí)驗(yàn)原理光電倍增管式光光電直讀光譜譜儀原理圖主要技術(shù)參數(shù)波長(zhǎng)范圍： 300nmm850nmm光柵： 平面光光柵12000線/mm，刻刻線面積400mm*500mm閃耀波長(zhǎng)： 500nmm波長(zhǎng)準(zhǔn)確度 0.2nmm波長(zhǎng)重復(fù)性 0.1nmm焦距 3000nm相對(duì)孔徑 D/f=1/6分辨率 0.2線色

25、散倒數(shù) 2.7nmm/mm雜散光 10e-33狹縫 寬度度0.01-3mm連續(xù)續(xù)可調(diào)整，高高度2，4，66，8，10mm共共5檔外形尺寸 390*260*2200mm（主主機(jī)） 320*3365*1110mm（控控制器）分光光度計(jì)如下圖所示，分分光光度計(jì)是是進(jìn)行物質(zhì)熒熒光光譜光強(qiáng)強(qiáng)研究和物質(zhì)質(zhì)分子吸收光光譜研究的重重要儀器。主主要由光源、發(fā)發(fā)射單色器（光光柵、兩個(gè)球球面反射鏡）、調(diào)調(diào)制盤(pán)、光電電倍增管、試試樣池組成。為了實(shí)現(xiàn)線性化化測(cè)量，光柵柵光譜儀中設(shè)設(shè)計(jì)了正弦機(jī)機(jī)構(gòu)。如下圖圖所示光柵垂垂直定位于一一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)上，光光柵、轉(zhuǎn)盤(pán)以以及搖桿聯(lián)接接成一體形成成一個(gè)構(gòu)件，搖搖桿和絲桿組組成正弦機(jī)構(gòu)構(gòu)。透

26、過(guò)率測(cè)量原理理：發(fā)射單色器進(jìn)行行波長(zhǎng)掃描，可可得試樣在不不同波長(zhǎng)下的的透過(guò)率曲線線。透過(guò)率=I/IIoI為透過(guò)試樣后后的光強(qiáng)，IIo為入射光光強(qiáng)。吸收光譜測(cè)量原原理：吸收光譜反映了了物質(zhì)本質(zhì)特特性，特定的的氣體、液體體物質(zhì)有特定定的吸收光譜譜。定義：A=lgg（Io/II）分光光度法檢測(cè)測(cè)溶液濃度朗伯比比爾定律A=lg（Ioo/I）=aabCa：常數(shù)，與入入射光波長(zhǎng)以以及溶液性質(zhì)質(zhì)、液層厚度度和溫度有關(guān)關(guān)b：溶液厚度 C：溶液濃度。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分析光柵式光電電直讀光譜儀儀基本光學(xué)系系統(tǒng)，繪制光光路圖和機(jī)構(gòu)構(gòu)圖，記錄基基本參數(shù)。了解VC+采采集軟件，及及計(jì)算機(jī)界面面設(shè)計(jì)。用光電倍增管式式光電直讀光光

27、譜儀進(jìn)行人人民幣防偽標(biāo)標(biāo)志光譜實(shí)驗(yàn)驗(yàn)。用紫光燈照射人人民幣熒光防防偽標(biāo)志以激激發(fā)出熒光，用用光導(dǎo)纖維獲獲取防偽標(biāo)志志激發(fā)出的熒熒光進(jìn)入光電電倍增管作傳傳感器的光電電直讀光譜儀儀。調(diào)整光譜譜儀輸入狹縫縫大小使輸出出電壓在合適適范圍內(nèi)；用用VC+采采集軟件采集集人民幣熒光光光譜曲線數(shù)數(shù)據(jù)。根據(jù)光光譜曲線確定定熒光光譜的的峰值薄產(chǎn)。對(duì)對(duì)真假人民幣幣分別做一條條光譜曲線。比比較它們的峰峰值以區(qū)別人人民幣的真假假。用雙光束紫外可可見(jiàn)分光光度度計(jì)進(jìn)行高錳錳酸鉀溶液的的濃度測(cè)定。首先配置已知濃濃度的高錳酸酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液液，再配置另另一濃度的高高錳酸鉀溶液液，用分光光光度計(jì)獲得高高錳酸鉀溶液液的吸光度曲曲線，以

28、確定定最大吸光度度處的波長(zhǎng)值值。并采用溶溶液濃度相對(duì)對(duì)法測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析析 由于設(shè)備備損壞，該實(shí)實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行行實(shí)驗(yàn)六 光電電透過(guò)率實(shí)驗(yàn)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)單通道直接接光電探測(cè)系系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方方法。理解透過(guò)率測(cè)量量的原理。設(shè)計(jì)透過(guò)率測(cè)量量系統(tǒng)的各部部分電路并掌掌握調(diào)試技術(shù)術(shù)。實(shí)驗(yàn)原理單通道直接光電電探測(cè)系統(tǒng)是是光電系統(tǒng)中中比較簡(jiǎn)單的的一種系統(tǒng)，是是其他復(fù)雜光光電系統(tǒng)的基基礎(chǔ)。透過(guò)率率的測(cè)量是光光學(xué)測(cè)量的一一項(xiàng)重要內(nèi)容容，在光學(xué)元元件檢測(cè)、物物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析析、物體的化化學(xué)性質(zhì)、生生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域域得到了廣泛泛的應(yīng)用。一般情況下，輻輻射源的輻射射要受到中間間介質(zhì)的吸收收和散射，只只有一部分輻輻射功率透過(guò)過(guò)介質(zhì)

29、，最后后被探測(cè)器接接收。比爾-朗伯定律律：若傳播媒介中同同時(shí)存在吸收收和散射，則則輻射能量為為的入射輻射射在傳播距離離x之后，透透過(guò)的輻射能能量為： （x）=（0）exxp（-uxx）其中u為衰減系系數(shù)。透過(guò)率的定義：激光透過(guò)媒質(zhì)后后的光強(qiáng)與透透過(guò)前的光強(qiáng)強(qiáng)的比值稱為為透過(guò)率，又又稱透射率或或者透射系數(shù)數(shù)。其計(jì)算公公式為：T=（I1/II0）100%單通道直接測(cè)量量系統(tǒng)：系統(tǒng)框圖：由經(jīng)過(guò)調(diào)制的激激光器發(fā)出的的一定波長(zhǎng)的的激光經(jīng)介質(zhì)質(zhì)后衰減，光光強(qiáng)減小，分分別測(cè)量出激激光通過(guò)介質(zhì)質(zhì)前后的光強(qiáng)強(qiáng)，即可以測(cè)測(cè)出激光通過(guò)過(guò)此介質(zhì)的透透過(guò)率。光電電傳感器將入入射的光信號(hào)號(hào)轉(zhuǎn)變成電信信號(hào)，經(jīng)信號(hào)號(hào)處理電路

30、，將將交流信號(hào)變變成直流信號(hào)號(hào)，該直流信信號(hào)的大小與與入射到光電電傳感器上的的光信號(hào)光強(qiáng)強(qiáng)成正比，通通過(guò)測(cè)量該直直流電壓的大大小即可測(cè)量量出激光通過(guò)過(guò)介質(zhì)的透過(guò)過(guò)率。驅(qū)動(dòng)與調(diào)制電路路：半導(dǎo)體激光器外外接一個(gè)+112V的直流流電源，調(diào)制制信號(hào)可以用用函數(shù)發(fā)生器器中的方波，方方波的信號(hào)頻頻率采用1kkHz。光電傳感I/VV轉(zhuǎn)換電路光電傳感器采用用光電池，光光電池輸出為為電流信號(hào)，后后續(xù)電路采用用集成運(yùn)算放放大器構(gòu)成II/V轉(zhuǎn)換電電路。帶通濾波電路本方案設(shè)計(jì)一個(gè)個(gè)二階壓控電電壓源帶通濾濾波器，要求求中心頻率ff=1kHzz，增益Avv=2，品質(zhì)質(zhì)因數(shù)Q=110。積分電路積分電路的作用用是將輸入的的交

31、流信號(hào)變變成直流信號(hào)號(hào)，本實(shí)驗(yàn)采采用專用真有有效值轉(zhuǎn)換芯芯片AD5336，它能夠夠計(jì)算直流和和交流信號(hào)的的真有效值。實(shí)驗(yàn)儀器半導(dǎo)體激光器、GGDT-1型型透射率檢測(cè)測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置、直直流穩(wěn)壓電源源、函數(shù)發(fā)生生器、示波器器、數(shù)字萬(wàn)用用表。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟驟實(shí)驗(yàn)裝置圖： 電源給半導(dǎo)導(dǎo)體激光器提提供直流電源源，函數(shù)發(fā)生生器提供調(diào)制制信號(hào)。載物物臺(tái)上放置被被測(cè)物體。數(shù)數(shù)字萬(wàn)用表用用來(lái)測(cè)量積分分電路輸出的的電壓。實(shí)驗(yàn)步驟：按照上圖連接好好實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。接接通半導(dǎo)體激激光器直流穩(wěn)穩(wěn)壓源。接通函數(shù)發(fā)生器器電源開(kāi)關(guān)，設(shè)設(shè)置函數(shù)發(fā)生生器為1kHHz的方波，半半導(dǎo)體激光器器應(yīng)輸出一束束被調(diào)制的激激光。調(diào)整光路，使入入射光可

32、以入入射到光電傳傳感器上。接通GDT-11型透過(guò)率檢檢測(cè)實(shí)驗(yàn)箱的的電源，同時(shí)時(shí)用示波器觀觀察調(diào)制電路路、I/V轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換電路的波波形。調(diào)整電電路使連個(gè)波波形基本相同同。接通臺(tái)式數(shù)字萬(wàn)萬(wàn)用表的電源源，用直流電電壓檔測(cè)量積積分電路輸出出的直流電壓壓V。將標(biāo)稱透過(guò)率為為0.90、00.79、00.50、00.32、00.10的五五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品品依次置于載載物臺(tái)上，調(diào)調(diào)整好光路，分分別記錄五種種情況下積分分電路輸出直直流電壓。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果果分析相對(duì)誤差計(jì)算結(jié)結(jié)果結(jié)論：各樣品測(cè)測(cè)量值與標(biāo)稱稱值之間的相相對(duì)誤差均小小于5%，在在一定誤差允允許范圍內(nèi)測(cè)測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確確。思考題在本實(shí)驗(yàn)中，半半導(dǎo)體激光器器的調(diào)制頻率

33、率為什么采用用1kHz？答：由于本實(shí)驗(yàn)驗(yàn)接收端的信信號(hào)處理電路路主要采用模模擬芯片實(shí)現(xiàn)現(xiàn)，信號(hào)處理理電路的帶寬寬不高，只有有幾千赫茲左左右。因而，在在發(fā)射端對(duì)激激光的調(diào)制頻頻率不能太快快，否則信號(hào)號(hào)處理電路難難以發(fā)揮性能能。由于濾波波電路的通帶帶中心頻率為為1kHz,所以激光調(diào)調(diào)制頻率也應(yīng)應(yīng)該為1kHHz以保證信信號(hào)能夠通過(guò)過(guò)帶通濾波器器。在實(shí)驗(yàn)中如何驗(yàn)驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)的正確性？答：采用示波器器觀察對(duì)比函函數(shù)發(fā)生器輸輸出端和I/V轉(zhuǎn)換電路路輸出端的波波形，若兩個(gè)個(gè)波形基本相相同，則系統(tǒng)統(tǒng)的工作具有有正確性。若要增大測(cè)量的的距離，本測(cè)測(cè)量裝置應(yīng)如如何改進(jìn)？答：增大測(cè)量的的距離，激光光在空氣中受受到

34、的散射和和吸收越大，光光電傳感器接接收到的光強(qiáng)強(qiáng)越小，信號(hào)號(hào)光強(qiáng)較小，它它受到環(huán)境中中雜散光的影影響就較大，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)號(hào)后，信噪比比不高，誤差差較大。 較為可可行的改進(jìn)方方案是從信號(hào)號(hào)處理電路著著手，采用鎖鎖定放大器提提取疊加著噪噪聲的有效電電信號(hào)。實(shí)驗(yàn)七 攝像像機(jī)原理與視視頻圖像疊加加實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦斫鈹z像機(jī)的工工作原理及視視頻信號(hào)的構(gòu)構(gòu)成。設(shè)計(jì)能在顯示器器上疊加簡(jiǎn)單單圖形的電路路。實(shí)驗(yàn)原理視頻信號(hào)基礎(chǔ)一幅圖像，根據(jù)據(jù)人眼對(duì)細(xì)節(jié)節(jié)的分辨能力力有限的視覺(jué)覺(jué)特性，總可可以看成是由由許多小單元元組成。在圖圖像處理系統(tǒng)統(tǒng)中，這些組組成畫(huà)面的細(xì)細(xì)小單元稱為為像素，像素素越小，單位位面積上的像像素?cái)?shù)目

35、就越越多，由其構(gòu)構(gòu)成的圖像就就越清晰。在電視系統(tǒng)中，把把構(gòu)成一幅圖圖像的所有像像素傳送一遍遍稱為幀處理理，圖像的每每幀由許多像像素轉(zhuǎn)變成相相應(yīng)的電信號(hào)號(hào)，再分別用用各個(gè)相應(yīng)信信道把這些信信號(hào)同時(shí)傳送送出去，接收收端接收后又又同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換，恢復(fù)出出原發(fā)射信號(hào)號(hào)。采用這一一種傳送方法法，根據(jù)現(xiàn)代代電視技術(shù)水水平，一幀圖圖像約由444萬(wàn)個(gè)像素點(diǎn)點(diǎn)組成，則需需要44萬(wàn)個(gè)個(gè)通道才能傳傳送一幀圖像像，這是不現(xiàn)現(xiàn)實(shí)的?？紤]慮到人的生理理特性，可以以把組成一幀幀圖像的各個(gè)個(gè)像素點(diǎn)的亮亮度按一定的的順序一個(gè)個(gè)個(gè)地轉(zhuǎn)化為相相應(yīng)地電信號(hào)號(hào)依次發(fā)送出出去，接收端端再按照同樣樣的順序?qū)⒏鞲鱾€(gè)電信號(hào)在在對(duì)應(yīng)位置上上轉(zhuǎn)變

36、成具有有相應(yīng)亮度的的像素，只要要這種轉(zhuǎn)換傳傳送進(jìn)行的足足夠快，人眼眼就會(huì)感到重重現(xiàn)圖像是同同時(shí)出現(xiàn)的，而而沒(méi)有閃爍感感。電視掃描只有對(duì)一幅圖像像進(jìn)行分解和和同步掃描后后，才可能對(duì)對(duì)這幅圖像進(jìn)進(jìn)行傳遞和再再現(xiàn)。因此，一一個(gè)完整的電電視信號(hào)不但但應(yīng)有反映像像素亮度的視視頻信號(hào)，還還應(yīng)有保證與與攝像管內(nèi)電電子束進(jìn)行同同步掃面的復(fù)復(fù)合同步信號(hào)號(hào)，以及在掃掃描逆過(guò)程時(shí)時(shí)關(guān)閉電子束束的復(fù)合消隱隱信號(hào)。根據(jù)人眼的生理理特點(diǎn)，在不不產(chǎn)生亮度閃閃爍感和保證證有足夠清晰晰度的情況下下，幀掃描頻頻率應(yīng)該大于于24Hz，每每幀掃面行數(shù)數(shù)必須大于6625。隔行掃描：為了使圖像清晰晰度不下降，又又要減小系統(tǒng)統(tǒng)的帶寬，人人

37、們又提出了了隔行掃描技技術(shù)。隔行掃掃描方式是將將一幀電視圖圖像分成兩場(chǎng)場(chǎng)進(jìn)行掃描。第第一場(chǎng)掃出的的第1、3、55。等奇奇數(shù)行，稱為為奇數(shù)場(chǎng)；第第二場(chǎng)掃第22、4、6。等等偶數(shù)場(chǎng)。每每一幀圖像經(jīng)經(jīng)過(guò)兩場(chǎng)掃描描，所有像素素即可掃完，電電視電子束的的掃描軌跡也也稱為掃描光光柵。攝像管與顯像管管：攝像管與顯像管管都套有行、場(chǎng)場(chǎng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電電子束受磁場(chǎng)場(chǎng)力的作用在在屏幕上做周周期性的往復(fù)復(fù)運(yùn)動(dòng)。亮度視頻信號(hào)：視頻輸出電壓的的大小反映了了一行中對(duì)應(yīng)應(yīng)像素的明暗暗程度，視頻頻信號(hào)具有正正負(fù)極之分，對(duì)對(duì)于正極性視視頻信號(hào)，像像素越亮，信信號(hào)的幅度越越大；而對(duì)于于負(fù)極性視頻頻信號(hào)則相反反，像素越亮亮信號(hào)的幅度度

38、越小。復(fù)合消隱信號(hào)：在電視系統(tǒng)中，掃掃描正程期間間傳送圖像信信號(hào)，逆程期期間不傳送圖圖像信號(hào)。電電子束逆程掃掃面在熒光屛屛上出現(xiàn)回歸歸線，將對(duì)正正程的圖像造造成干擾，影影響圖像的清清晰度。因此此需使電視機(jī)機(jī)在行、場(chǎng)逆逆程掃描期間間進(jìn)行電子束束截止，以消消除行、場(chǎng)逆逆程回歸線，即即實(shí)現(xiàn)消隱。方方法是在電視視臺(tái)由同步機(jī)機(jī)發(fā)出消隱信信號(hào)使接收機(jī)機(jī)顯像管在行行場(chǎng)逆程掃描描期間關(guān)斷電電子束。由于于電視掃描方方式是水平和和垂直掃描構(gòu)構(gòu)成的，所以以對(duì)應(yīng)分別有有水平消隱和和垂直消隱，而而兩者形成復(fù)復(fù)合消隱信號(hào)號(hào)。行消隱脈脈沖的寬度一一般為12uus，場(chǎng)消隱隱脈沖寬度一一般為25TTH。復(fù)合同步信號(hào)在電視系統(tǒng)中

39、，為為了使電視機(jī)機(jī)重現(xiàn)的圖像像與攝像機(jī)拍拍攝的圖像完完全一致，要要求接收端與與發(fā)送端的電電子束掃描必必須同步。所所謂同步是接接收、發(fā)送端端掃描的頻率率和掃描的相相位完全相同同。如果收、發(fā)發(fā)端掃描不同同步，則重現(xiàn)現(xiàn)的圖像變形形或者不穩(wěn)定定，嚴(yán)重時(shí)圖圖像混亂不能能正常收看。復(fù)復(fù)合同步信號(hào)號(hào)包括同行信信號(hào)和場(chǎng)同步步信號(hào)。行同步信號(hào)是用用來(lái)控制行掃掃描的一致性性，其重復(fù)頻頻率與行頻率率一致，即ff=156225Hz，脈脈沖寬度為44.75.1us。場(chǎng)同步信號(hào)是用用來(lái)控制場(chǎng)掃掃描的一致性性，其重復(fù)頻頻率等于場(chǎng)頻頻，即f=550Hz，脈脈沖寬度為22.53TTH。同步脈沖疊加在在消隱脈沖之之上，亮度視視頻

40、信號(hào)則是是插在相連的的消隱脈沖之之間。開(kāi)槽脈沖：從上述說(shuō)明中可可以看到，場(chǎng)場(chǎng)同步信號(hào)的的寬度遠(yuǎn)比行行同步的要寬寬得多，同時(shí)時(shí)要比行周期期還要寬，這這對(duì)于接收方方獲得同步信信號(hào)是很不利利的。為了解解決這個(gè)問(wèn)題題，做到準(zhǔn)確確同步，應(yīng)將將場(chǎng)同步信號(hào)號(hào)開(kāi)槽，使信信號(hào)形成一系系列的鋸齒狀狀。這些鋸齒齒脈沖中也包包含有行同步步信號(hào)，稱為為開(kāi)槽脈沖。均衡脈沖：電視視頻信號(hào)中中的行、場(chǎng)同同步信號(hào)的提提取方法是不不同的。行同同步信號(hào)是用用幅度比較法法獲得的，通通過(guò)限幅電路路來(lái)獲得同步步；可以看到到，場(chǎng)同步信信號(hào)的脈寬比比行同步信號(hào)號(hào)的要大得多多，因此通過(guò)過(guò)對(duì)符合同步步信號(hào)進(jìn)行積積分后，用比比較電路就可可以獲得場(chǎng)

41、同同步信號(hào)。為為了保證奇偶偶場(chǎng)的場(chǎng)同步步積分后波形形相同，在場(chǎng)場(chǎng)間又引入均均衡脈沖。電視信號(hào)圖像疊疊加原理以在視頻信號(hào)中中疊加一個(gè)十十字線為例，其其基本原理是是：首先提取取視頻信號(hào)中中行、場(chǎng)同步步信號(hào)；然后后，對(duì)行、場(chǎng)場(chǎng)同步信號(hào)進(jìn)進(jìn)行計(jì)數(shù)，產(chǎn)產(chǎn)生一個(gè)與行行、場(chǎng)同步信信號(hào)有穩(wěn)定關(guān)關(guān)系的控制信信號(hào)；再用這這個(gè)控制信號(hào)號(hào)控制模擬開(kāi)開(kāi)關(guān)，模擬開(kāi)開(kāi)關(guān)的輸出就就在兩路輸入入信號(hào)間快速速切換，由于于人眼視覺(jué)的的暫留效應(yīng)，在在顯示器屏幕幕上看起來(lái)就就想一幅疊加加了十字線的的圖像。視頻疊加電路框框圖：視頻信號(hào)分離電電路普通攝像頭輸出出的是復(fù)合視視頻信號(hào)，因因而首先必須須進(jìn)行信號(hào)分分離。實(shí)驗(yàn)中中使用集成視視頻信號(hào)

42、同步步分離電路LLM18811來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)號(hào)的同步分離離?？刂齐娐房刂齐娐返墓δ苣苁且?jì)算出出疊加圖像的的場(chǎng)、行位置置值。實(shí)驗(yàn)中中使用計(jì)數(shù)器器來(lái)實(shí)現(xiàn)。可可以使用大規(guī)規(guī)?？删幊踢夁壿嬰娐稥PPM71288SLC844來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)hhs、vs信信號(hào)的計(jì)數(shù)。疊加圖像模擬開(kāi)關(guān)工作原原理示意圖如如圖所示：根據(jù)VideooSe信號(hào)的的高低電平，模模擬開(kāi)關(guān)分別別選通輸出VVideoIIn1和ViideoInn2的信號(hào)。實(shí)驗(yàn)八、光譜透透過(guò)率實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈫紊珒x結(jié)構(gòu)構(gòu)、原理和使使用方法；進(jìn)進(jìn)一步了解鎖鎖定放大器的的工作原理以以及其使用方方法。掌握單色儀的定定標(biāo)方法及用用單色儀測(cè)定定濾光片光譜譜透過(guò)率的方方法。深入理

43、理解微弱信號(hào)號(hào)檢測(cè)的原理理。學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)檢測(cè)試試樣的光譜透透過(guò)率的方法法。實(shí)驗(yàn)原理單色儀工作原理理原理圖：光柵單色儀的光光路結(jié)構(gòu)如圖圖1所示，入入射到光柵單單色儀的自然然光或復(fù)色光光，經(jīng)入射狹狹縫S1后投投射到球面反反射鏡M1上上。S1處于于M1的聚焦焦面上。因此此反射光為平平行光束。這這束平行光束束經(jīng)閃耀光柵柵G分光后，分分成不同波長(zhǎng)長(zhǎng)的平行光束束以不同的衍衍射角投向球球面反射經(jīng)MM2。球面鏡鏡M2起照相相物鏡的作用用，這些平行行光束經(jīng)過(guò)MM2、M3反反射后成像在在他的聚焦面面上，從而得得到一系列的的光譜。出射射狹縫位于球球面鏡M2的的聚焦面上。根根據(jù)它開(kāi)啟的的寬度大小，允允許波長(zhǎng)間隔隔非常狹窄

44、的的一部分光束束射出狹縫SS2。當(dāng)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪帶動(dòng)動(dòng)光柵旋轉(zhuǎn)時(shí)時(shí)，可以在狹狹縫S2處得得到光譜純度度高的不同波波長(zhǎng)的單色光光束。這樣單單色儀就起到到了將入射的的復(fù)色光分解解成一系列獨(dú)獨(dú)立的單色光光的作用。使用單色儀時(shí)首首先要用標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)光源對(duì)單色色儀的讀數(shù)進(jìn)進(jìn)行校準(zhǔn)，本本實(shí)驗(yàn)光源采采用的是高壓壓汞燈，它有有404.77nm、4007.8nmm、435.8nm、5546.1nnm、5777nm、5779.1nmm幾條特征譜譜線，根據(jù)這這些譜線可以以對(duì)單色儀的的讀數(shù)進(jìn)行校校準(zhǔn)。鎖定放大器工作作原理HB-211型型精密雙相鎖鎖定放大器原原理框圖本實(shí)驗(yàn)選用南京京大學(xué)生產(chǎn)的的HB-2111型精密雙雙相鎖定放大大

45、器，它是一一種新型正交交鎖定放大器器，能精確地地測(cè)量被淹沒(méi)沒(méi)在嗓聲、干干擾背景中的的微弱信號(hào)。該該鎖定放大器器采用了多點(diǎn)點(diǎn)信號(hào)平均和和相敏檢波聯(lián)聯(lián)合使用的技技術(shù)，完成對(duì)對(duì)被測(cè)信號(hào)同同相分量和正正交分量的檢檢測(cè)。并具有有動(dòng)態(tài)范圍大大、漂移小等等特點(diǎn)。儀器原理框圖如如圖2所示，主主要包括以下下幾大部分：輸入信號(hào)部部分、參考信信號(hào)部分、信信號(hào)處理部分分、單片機(jī)功功能控制及測(cè)測(cè)量值顯示PPC機(jī)接口部部分、電源及及其它部分。輸入信號(hào)通道：對(duì)輸入信號(hào)號(hào)進(jìn)行初步處處理，濾除遠(yuǎn)遠(yuǎn)離信號(hào)頻率率的噪聲或者者干擾，達(dá)到到減小干擾和和解除過(guò)載的的目的。參考信號(hào)通道：將外部輸入入的參考信號(hào)號(hào)加工成信號(hào)號(hào)處理部分要要求的

46、同頻方方波。信號(hào)處理部分：對(duì)信號(hào)進(jìn)行行多點(diǎn)平均和和相關(guān)處理，從從而達(dá)到從噪噪聲或者干擾擾背景中檢測(cè)測(cè)微弱信號(hào)的的目的。同相、正交分量量測(cè)量電路：測(cè)量輸出信信號(hào)的同相和和正交分量，交交由單片機(jī)處處理，并在液液晶屏上同時(shí)時(shí)顯示兩個(gè)分分量。實(shí)驗(yàn)儀器鎖定放大器，光光柵單色儀，溴溴燈，斬光器器，高壓汞燈燈，會(huì)聚透鏡鏡，濾光片等等。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與與步驟實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包擴(kuò)單色儀儀的定標(biāo)和光譜特特性的測(cè)量。定定標(biāo)即首先利利用汞燈的幾幾條特定譜線線對(duì)單色儀進(jìn)進(jìn)行校準(zhǔn)定標(biāo)標(biāo)，找出單色色儀出射光實(shí)實(shí)際波長(zhǎng)與顯顯示波長(zhǎng)讀數(shù)的對(duì)對(duì)應(yīng)關(guān)系；光譜特性的的測(cè)量即利用寬光譜譜的鹵素?zé)翡鍩糇鞴夤庠?，分別測(cè)測(cè)量探測(cè)器在直接接接收單色

47、儀儀出射光和透透過(guò)被測(cè)樣品品時(shí)的光譜響應(yīng)應(yīng)，從而求出出幾種樣品的光光譜透過(guò)率。2.實(shí)驗(yàn)步驟（1）校準(zhǔn)單色色儀按圖5裝置擺好好光路，調(diào)整整透鏡盡量使使得汞燈的光光能聚焦在單單色儀的入射射狹縫，使透鏡透鏡高壓汞燈單色儀觀察出光狹縫圖 SEQ 圖表 * ARABIC 5 單色儀儀校準(zhǔn)裝置示示意圖更多的光能進(jìn)入入單色儀。在單色儀出出射狹縫從小小到大旋轉(zhuǎn)光光柵單色儀的的轉(zhuǎn)輪，可以以觀察到汞燈精細(xì)明明亮的6條特特征譜線，實(shí)實(shí)際波長(zhǎng)依次次為404.7nm、4407.8nnm、4355.8nm、5546.1nnm、5777nm、5779.1nmm。記下每條條譜線單色儀儀對(duì)應(yīng)的讀數(shù)數(shù)，為消除誤差差，測(cè)量23次取

48、平均均值。在觀察察的過(guò)程中為為使讀數(shù)更加加準(zhǔn)確，可以以適當(dāng)減小入入射狹縫寬度度，增大出射射狹縫寬度。根據(jù)汞燈的譜線線特性，做出單色儀出出射光實(shí)際波波長(zhǎng)值和顯示示值的曲線關(guān)關(guān)系。這樣便便可通過(guò)單色色儀上顯示的的波長(zhǎng)讀數(shù)計(jì)計(jì)算得知實(shí)際際出射光波長(zhǎng)長(zhǎng)。（2）光譜透過(guò)過(guò)率測(cè)量按照?qǐng)D6所示裝裝置放置好實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器，溴溴燈聚焦后的光斑落在在單色儀入射射狹縫上。調(diào)調(diào)制器輸出的的信號(hào)（根據(jù)據(jù)使用斬波器器內(nèi)外徑選擇擇合適的檔位位和輸出端口口）接鎖定放放大器參考信信號(hào)輸入端。探探測(cè)器的輸出出接鎖定放大大器信號(hào)輸入入A端口。將將鎖定放大器器的接地端子子與大地連接接，設(shè)置好儀儀器的各功能能項(xiàng)。溴燈溴燈調(diào)制器單色儀探測(cè)器

49、樣品信號(hào)輸入鎖定放大器A B參考輸入調(diào)制信號(hào)輸出圖 SEQ 圖表 * ARABIC 6 光譜透透過(guò)率測(cè)試裝裝置示意圖 實(shí)驗(yàn)儀器調(diào)整好好后，首先測(cè)測(cè)量已知波長(zhǎng)長(zhǎng)濾光片的光譜透過(guò)濾濾，以此來(lái)檢檢驗(yàn)整個(gè)測(cè)試試系統(tǒng)的準(zhǔn)確確度，測(cè)量時(shí)時(shí)要適當(dāng)增大大入射狹縫寬寬度，減小出出射狹縫寬度度，同時(shí)要保保證不放濾光光片時(shí)，鎖定定放大器顯示示讀數(shù)盡量大大。測(cè)量樣品的光譜譜透過(guò)率，調(diào)調(diào)節(jié)單色儀，在在可見(jiàn)光范圍圍內(nèi)，每隔一一定波長(zhǎng)（110或20nnm）記錄探探測(cè)器的光譜譜響應(yīng)值（為為確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)準(zhǔn)確可測(cè)多組組）。在光路路中放入待測(cè)測(cè)樣品，放入入樣品的時(shí)候候盡可能使得得光線正入射射到樣品，以以免發(fā)生反射射或樣品等效效厚度發(fā)

50、生變變化，重復(fù)上述步驟。3.數(shù)據(jù)處理分別整理用鎖定定放大器和高高精讀萬(wàn)用表表測(cè)得數(shù)據(jù)，繪出被被測(cè)樣品光譜譜透過(guò)率曲線線。由于探測(cè)測(cè)器后的放大大電路有一定定直流偏置，用用萬(wàn)用表測(cè)量量和鎖定放大大器的測(cè)量數(shù)數(shù)據(jù)在計(jì)算透透過(guò)率時(shí)有所所不同。用鎖定放大器測(cè)測(cè)量時(shí)，透過(guò)過(guò)率，其中是放入入待測(cè)樣品后后測(cè)得的電壓壓值、為未放放待測(cè)樣品的的電壓值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析析1.單色儀的校校準(zhǔn)對(duì)實(shí)際出射光波波長(zhǎng)與相應(yīng)的的單色儀顯示示平均值的數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性性擬合。記實(shí)際波長(zhǎng)為yy，顯示波長(zhǎng)長(zhǎng)為x則兩個(gè)量的關(guān)系系可擬合為一一下線性函數(shù)數(shù)：y=0.99332x+2.739，RR2=0.99982.光譜透過(guò)率率的測(cè)量（1）2號(hào)片

51、的的光譜透過(guò)率率由于光路調(diào)節(jié)的的問(wèn)題，導(dǎo)致致進(jìn)入光譜儀儀光信號(hào)在5500nm以以下的波段強(qiáng)強(qiáng)度較弱，進(jìn)進(jìn)而造成鎖定定放大器的輸輸出電壓過(guò)于于小，對(duì)透過(guò)過(guò)率測(cè)量引入入的誤差較大大，因而在數(shù)數(shù)據(jù)分析時(shí)不不予考慮。透過(guò)率曲線如圖圖：結(jié)論:根據(jù)測(cè)量量結(jié)果,2號(hào)號(hào)薄片在5000-6500nm波段內(nèi)內(nèi),透過(guò)率保保持較低值;650nmm到750nnm波段內(nèi)透透過(guò)率隨著波波長(zhǎng)的增大而而增大;7550nm以上上波段內(nèi),透透過(guò)率保持一一個(gè)較高的值值（3）中心波長(zhǎng)長(zhǎng)為670nnm的濾光片片的透過(guò)率測(cè)測(cè)量：透過(guò)率曲線：結(jié)論:對(duì)6700nm濾光片片進(jìn)行透過(guò)率率測(cè)量,如上上圖所示透過(guò)過(guò)率曲線在6670nm處處有一個(gè)透過(guò)過(guò)

52、率峰值在距距離峰值波長(zhǎng)長(zhǎng)10nm-15nm范范圍內(nèi),峰值值波長(zhǎng)兩側(cè)各各有一個(gè)透過(guò)過(guò)率谷底值。(4)各濾光片片的濾光性能能測(cè)試：根據(jù)測(cè)量結(jié)果，透透過(guò)率中心波波長(zhǎng)的實(shí)測(cè)值值與理論值相相比，有一定定的漂移，且且各個(gè)濾光片片的測(cè)量波長(zhǎng)長(zhǎng)漂移方向均均向短波方向向，漂移量均均在6nm左左右。因此這這個(gè)漂移量可可能是由光譜譜儀測(cè)量誤差差引起的。中中心波長(zhǎng)透過(guò)過(guò)率與其他波波長(zhǎng)透過(guò)率的的比值在4左左右，可見(jiàn)這這些窄帶濾光光片的濾光性性能較為良好好。六、思考題（1）本實(shí)驗(yàn)采采用了什么方方法來(lái)消除雜雜散光對(duì)測(cè)試試數(shù)據(jù)的影響響？答：采用鎖定放放大器作微弱弱信號(hào)探測(cè)。進(jìn)進(jìn)入到單色儀儀中的光是經(jīng)經(jīng)過(guò)調(diào)制的信信號(hào)光和雜散散

53、光的疊加，經(jīng)經(jīng)單色儀中的的探測(cè)器接收收后，轉(zhuǎn)換為為電信號(hào)，該該電信號(hào)是有有效信號(hào)與噪噪聲的疊加，通通過(guò)基于多點(diǎn)點(diǎn)信號(hào)平均和和相敏檢波技技術(shù)的鎖定放放大器可有效效排除噪聲，提提取信號(hào)。（2）若需測(cè)試試一個(gè)探測(cè)器器的光譜響應(yīng)應(yīng)靈敏度，實(shí)實(shí)驗(yàn)該如何設(shè)設(shè)計(jì)？答：探測(cè)器的響響應(yīng)度即輸出出電流或者電電壓值與探測(cè)測(cè)器輸入光通通量的比值。由由于探測(cè)器輸輸入光通量不不易測(cè)量，因因而，可以采采用比較法實(shí)實(shí)現(xiàn)探測(cè)器的的光譜響應(yīng)度度測(cè)量。采用一個(gè)光譜響響應(yīng)度已知的的探測(cè)器作為為參考探測(cè)器器。光源到單單色儀部分的的光路與本實(shí)實(shí)驗(yàn)相同，單單色儀輸出的的單色光采用用半透半反鏡鏡將光功率均均勻分配到兩兩束單色光，兩兩束光分別

54、照照射待測(cè)探測(cè)測(cè)器和參考探探測(cè)器，探測(cè)測(cè)器輸出端接接相同的鎖定定放大器分別別測(cè)得輸出電電壓V1()和V2(),參考探探測(cè)器的光譜譜響應(yīng)為R22（），則待測(cè)測(cè)探測(cè)器的光光譜相應(yīng)可由由R1()/ R2（）= V1()/ V2()求出。（3）請(qǐng)自行設(shè)設(shè)計(jì)合理的測(cè)測(cè)試方案來(lái)判判斷試樣如汽汽車(chē)太陽(yáng)膜的的優(yōu)劣。答：可采用本實(shí)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)系系統(tǒng)，取一個(gè)個(gè)性能良好的的汽車(chē)太陽(yáng)膜膜作為參考膜膜，測(cè)量其透透過(guò)率曲線。再再在相同的實(shí)實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)測(cè)量待測(cè)汽車(chē)車(chē)太陽(yáng)膜的透透過(guò)率曲線，對(duì)對(duì)照兩條曲線線的透過(guò)率峰峰值，若待測(cè)測(cè)膜的透過(guò)率率峰值與參考考膜的透過(guò)率率峰值相同或或相差不大，透透過(guò)率曲線變變化趨勢(shì)相似似，則可以判判

55、定待測(cè)膜性性能為優(yōu)，否否則判定待測(cè)測(cè)膜性能為劣劣。（4）如發(fā)現(xiàn)單單色儀定標(biāo)曲曲線上相對(duì)于于已知波長(zhǎng)的鼓輪刻度度L偏離了L，能否將將原定標(biāo)曲線線平移L后繼續(xù)使使用，為什么么？答：不能。根據(jù)據(jù)實(shí)測(cè)定標(biāo)曲曲線可知，實(shí)實(shí)際波長(zhǎng)和鼓鼓輪讀數(shù)之間間的關(guān)系可擬擬合為一個(gè)線線性函數(shù)，但但并非嚴(yán)格線線性關(guān)系，因因而，為了避避免引入測(cè)量量誤差，應(yīng)該該對(duì)單色儀重重新定標(biāo)而不不是直接將定定標(biāo)曲線平移移。實(shí)驗(yàn)九 紅外報(bào)報(bào)警器的設(shè)計(jì)計(jì)與調(diào)試概述紅外報(bào)警器是利利用工作在紅紅外波段的光光電探測(cè)器制制作的一種光光電探測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)，它能替代代人看守倉(cāng)庫(kù)庫(kù)或監(jiān)視一定定范圍的場(chǎng)所所，當(dāng)有人或或異物進(jìn)入時(shí)時(shí)，便可發(fā)出出聲光報(bào)警，告告訴主人

56、出現(xiàn)現(xiàn)了意外情況況，以便采取取應(yīng)急措施。紅外探測(cè)器及偏置報(bào)警電路放大及處理驅(qū)動(dòng)電路紅外探測(cè)器及偏置報(bào)警電路放大及處理驅(qū)動(dòng)電路紅外光發(fā)射源圖1-1 主動(dòng)動(dòng)式紅外報(bào)警警器原理框圖圖常用的紅外報(bào)報(bào)警器，按其其工作方式可可分為主動(dòng)式式和被動(dòng)式兩兩種。圖1-1為主動(dòng)動(dòng)式紅外報(bào)警警器的原理框框圖。由紅外外光源發(fā)出的的紅外輻射被被紅外探測(cè)器器接收，紅外外輻射信號(hào)變變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)經(jīng)信號(hào)放大和和處理電路后后送報(bào)警電路路。這種報(bào)警警器實(shí)際上分分為發(fā)送和接接收兩個(gè)部分分，分開(kāi)放置置。當(dāng)沒(méi)有人人和物進(jìn)入這這兩部分時(shí)，紅紅外輻射沒(méi)有有被阻斷，報(bào)報(bào)警器處于一一種狀態(tài)，不不報(bào)警。一旦旦有人或物進(jìn)進(jìn)入這兩部分分之間，紅外外輻

57、射被阻斷斷，報(bào)警器立立即翻轉(zhuǎn)到另另外一種狀態(tài)態(tài)，即可發(fā)出出聲光報(bào)警，或或以其它方式式報(bào)警。圖1-2 被動(dòng)動(dòng)式紅外報(bào)警警器原理框圖圖被動(dòng)式紅外報(bào)警警器的原理框框圖如圖1-2所示，這這種報(bào)警器實(shí)實(shí)際上只有接接受部分，當(dāng)當(dāng)有人和物體體進(jìn)入其監(jiān)視視范圍內(nèi)時(shí)，人人或物體發(fā)出出的紅外輻射射被紅外探測(cè)測(cè)器接收后，經(jīng)經(jīng)過(guò)信號(hào)放大大和處理，就就會(huì)發(fā)出報(bào)警警。設(shè)計(jì)任務(wù)與要求求滿足發(fā)射部分與與接收部分之之間距離至少少為1米，當(dāng)當(dāng)有人或者物物體進(jìn)入兩者者之間，紅外外輻射被阻斷斷時(shí)即發(fā)出聲聲光報(bào)警。使用交流市電，但但在停電時(shí)，報(bào)報(bào)警器應(yīng)能正正常工作。設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)、實(shí)實(shí)用、可靠。技術(shù)指標(biāo)紅外報(bào)警器的主主要技術(shù)指標(biāo)標(biāo)是監(jiān)視范圍圍或者監(jiān)視距距離。其他還還應(yīng)給出相應(yīng)應(yīng)的電氣參數(shù)數(shù)，如使用電電源的形式，電電源電壓及電電流等。紅外報(bào)警器的另另一個(gè)重要參參數(shù)是探測(cè)器器的響應(yīng)波段段，紅外報(bào)警警器一般工作作在900nnm波段附近近。設(shè)計(jì)方案 要求設(shè)計(jì)一個(gè)主主動(dòng)式紅外報(bào)報(bào)警器，所以以必須選擇合合適的紅外發(fā)發(fā)光二極管和和光電二級(jí)管管（或光電三三級(jí)管），主主要使它們的的發(fā)光波段和和接收波段能能夠互相對(duì)應(yīng)應(yīng)。 首先查閱光電手手冊(cè)，經(jīng)過(guò)多多種因素考慮慮選擇紅外發(fā)發(fā)光二級(jí)管 HG4133，其發(fā)光波波段集中在00.95umm 附近，相相應(yīng)的接收器器件選擇2CCU1光電二二極管。其光光譜響應(yīng)曲線線的峰值在00.88u